Spoiler
von Megan Scudellari
Als Kári Stefánsson an einem kalten Märzmorgen über die windgepeitschten Straßen Reykjaviks fuhr, drehte er das Radio auf. Die Weltgesundheitsorganisation hatte gerade bekannt gegeben, dass schätzungsweise 3,4 Prozent der mit Sars-CoV-2 infizierten Menschen sterben würden – eine schockierend hohe Sterblichkeitsrate, etwa 30-mal höher als bei der saisonalen Grippe.
Mit dieser Schätzung gab es jedoch ein Problem: Sie basierte auf den gemeldeten Fällen von Covid-19 und nicht auf allen Fällen, einschließlich leichter und asymptomatischer Infektionen. »Ich konnte nicht herausfinden, wie sie es ausgerechnet haben, ohne die Ausbreitung des Virus zu kennen«, erinnert sich Stefánsson, der Gründer und Geschäftsführer von deCODE genetics, einem Unternehmen für Humangenomik in Reykjavik. Sein Schluss: Um die Epidemie zu verstehen und die isländische Bevölkerung zu schützen, braucht es umfassende Forschung.
Als Stefánsson bei der Arbeit ankam, rief er die Führung des US-Pharmaunternehmens an, dem deCODE gehört. Er wollte wissen, ob er Ressourcen anbieten könne, um die Ausbreitung des Virus zu verfolgen, das nur sechs Tage zuvor an der isländischen Küste gelandet war. »Die Antwort, die ich von ihnen erhielt, war: ›Um Himmels willen, tun Sie das‹«, sagt Stefánsson.
In den folgenden neun Monaten arbeitete deCODE eng mit der isländischen Gesundheitsdirektion zusammen. Sie tauschten Ideen, Daten, Laborräume und Personal aus. Die leistungsstarke Partnerschaft, gepaart mit der geringen Größe Islands, hat das Land in die beneidenswerte Lage versetzt, praktisch jeden Schritt des Virus zu kennen. Die Teams haben den Gesundheitszustand jeder Person verfolgt, die positiv auf Sars-CoV-2 getestet wurde, das genetische Material jedes Virusisolats sequenziert und mehr als die Hälfte der 368 000 Einwohner der Insel auf eine Infektion untersucht.
So ließ sich früh außergewöhnlich viel darüber lernen, wie sich das Virus ausbreitet. Die Daten zeigten zum Beispiel, dass fast die Hälfte der Infizierten asymptomatisch ist, dass Kinder viel seltener erkranken als Erwachsene und dass die häufigsten Symptome von mildem Covid-19 Muskelschmerzen, Kopfschmerzen und Husten sind – nicht Fieber. »Wissenschaftliche Aktivitäten waren ein großer Teil des gesamten Prozesses«, sagt Runolfur Palsson, Direktor der internistischen Medizin am Landspitali, Islands nationalem Universitätskrankenhaus. Die Forscher von deCODE und dem Krankenhaus arbeiteten Tag für Tag daran, die Daten zu sammeln und zu interpretieren.
Ihre Leistungen sind nicht nur akademischer Natur. Dank der isländischen Wissenschaft soll es nur wenig Todesfällen gegeben haben – das Land meldet weniger als 7 pro 100 000 Menschen, verglichen mit etwa 80 pro 100 000 Menschen in den Vereinigten Staaten und im Vereinigten Königreich. Auch gelang es, Ausbrüche zu verhindern, während das Land seine Grenzen offen hielt und seit Mitte Juni Touristen aus 45 Ländern willkommen heißt. Die Partnerschaft wurde im September intensiviert, als eine zweite große Infektionswelle die Nation bedrohte.
Mit dem ersten Fall griffen Isolation, Quarantäne und Kontaktverfolgung
Covid-19 ist nicht die erste Pandemie, die Island erreicht hat: Im Oktober 1918 legten zwei Schiffe mit der Grippe im Hafen von Reykjavik an. Innerhalb von sechs Wochen waren zwei Drittel der Einwohner der Hauptstadt infiziert. Ein Jahrhundert später war die isländische Regierung besser vorbereitet und verabschiedete Anfang Januar, zwei Monate vor der Ankunft von Sars-CoV-2, einen nationalen Bereitschaftsplan für eine Pandemie. »Wir entschieden uns von Anfang an für Isolation, Quarantäne und Kontaktverfolgung«, sagt Þórólfur Guðnason, Chefepidemiologe der Gesundheitsdirektion. Als Teil dieses Plans begann das mikrobiologische Labor des Universitätskrankenhauses Anfang Februar damit, Bürger zu testen.
Am 28. Februar 2020 wurde ein Mann, der von einem Skiurlaub im Nordosten Italiens zurückkehrte, positiv auf das Virus getestet. Innerhalb einer Woche stieg die Zahl der Fälle von 1 auf 47. Als das Gesundheitspersonal begann, Hunderte von Tests pro Tag anzuordnen, brach eine der Maschinen des Krankenhauses zur Isolierung und Reinigung der RNA vor Überbeanspruchung zusammen. »Wir waren nicht in der Lage, alle eingehenden Proben zu bewältigen«, erinnert sich Karl Kristinsson, der Leiter der Mikrobiologie des Universitätskrankenhauses.
Am 13. März hatte deCODE mit dem Screening für die breite Öffentlichkeit begonnen und konnte schnell einen Großteil der Tests des Krankenhauses übernehmen. Das Unternehmen wandelte ein großes Zentrum für Phänotypisierung, das es seit mehr als zwei Jahrzehnten zur Untersuchung der Genetik der Isländer benutzt hatte, in ein Covid-19-Testzentrum um.
Das Unternehmen verfügt über das Personal und die Maschinen, um wöchentlich 4000 vollständige Genome von Menschen zu sequenzieren, sagt Stefánsson. Während des gesamten Frühjahrs hat das Unternehmen die übliche Arbeit niedergelegt, um seine Analyse- und Sequenzierungsarbeit der Pandemiebekämpfung zu widmen.
Man hat sich vor allem dem Covid-19-Screening gewidmet und die Bevölkerung eingeladen mitzuhelfen. Heute kann sich jede Bürgerin und jeder Bürger schon beim geringsten Symptom für einen Test anmelden. Die Einwohner fragen online mit der speziellen Covid-Software an, die von deCODE-Programmierern entwickelt wurde. In einem Testzentrum zeigen sie den anschließend generierten Strichcode auf ihrem Handy, um automatisch ein Etikett für eine Abstrichprobe auszudrucken. Nach der Probenentnahme wird die Probe an ein Labor am Hauptsitz von deCODE geschickt, das gemeinsam von der Universitätsklinik und deCODE betrieben wird und von 6 bis 22 Uhr arbeitet. Die Ergebnisse stehen innerhalb von 24 Stunden zur Verfügung, sind aber oft schon nach 4 bis 6 Stunden fertig. »Wir haben jetzt die Kapazität für etwa 5000 Proben pro Tag«, sagt Kristinsson. Insgesamt haben die Mitarbeiter bis Mitte November 2020 55 Prozent der Bevölkerung des Landes untersucht.
Fällt der Test negativ aus, erhält die Person eine Entwarnung. Fällt der Test positiv aus, löst er zwei Aktionsketten aus: eine im Krankenhaus und eine im Labor.
Im Krankenhaus wird die Person in einer zentralen Datenbank registriert und für eine 14-tägige Isolation in einer Covid-Ambulanz in einen telemedizinischen Überwachungsdienst eingeschrieben. Sie erhalten häufige Telefonanrufe von einer Krankenschwester oder einem Arzt, der ihre medizinische und soziale Vorgeschichte dokumentiert und eine standardisierte Checkliste mit 19 Symptomen durchläuft. Alle Daten werden in einem nationalen elektronischen Patientendatensystem erfasst. Ein Team von Klinikern und Wissenschaftlern des Krankenhauses hat das Erfassungssystem Mitte März erstellt.
Im Labor wird jede Probe auf die in ihr enthaltene Virusmenge getestet, die als Indikator für die Ansteckungsgefahr und den Schweregrad der Krankheit verwendet wurde. Und das gesamte RNA-Genom des Virus wird sequenziert, um den Virusstamm zu bestimmen und seinen Ursprung zu verfolgen.
Der gleiche Ansatz könnte in anderen Ländern funktionieren, die über geeignete Ressourcen verfügen, sagt Stefánsson. Etwa in den Vereinigten Staaten, wo alle Methoden, die deCODE derzeit verwendet, entwickelt wurden. Tatsächlich schwenkten zu Beginn der Pandemie viele US-Labors, um Coronavirus-Tests anzubieten, wurden aber durch regulatorische und administrative Hindernisse blockiert, die Kritiker auf einen Mangel an föderaler Führung zurückführen.
Viele Infizierte zeigen keine Symptome – das zeigte sich in Island sehr früh sehr deutlich
Forscher von deCODE, der Universitätsklinik und der Gesundheitsdirektion begannen Anfang März mit der Analyse der Datenfülle und veröffentlichten rasch mehrere erste Ergebnisse. »Als wir anfingen, Daten zu generieren, konnten wir dem Versuch, etwas Kohärentes daraus zu ziehen, nicht widerstehen«, sagt Stefánsson.
Die isländischen Covid-19-Ergebnisse sind dadurch begrenzt, dass die Fälle in einer kleinen und im Vergleich zu anderen Ländern genetisch homogenen Population auftreten, stellt Palsson fest. Aber in einigen Fällen ist diese kleine Stichprobengröße auch eine Stärke, weil sie zu detaillierten, bevölkerungsweiten Daten geführt hat.
Zu Beginn des Frühjahrs konzentrierten sich die meisten Covid-19-Studien weltweit auf Personen mit mäßiger oder schwerer Erkrankung. Durch Tests an der Allgemeinbevölkerung in Island konnte deCODE das Virus bei Menschen mit leichten oder keinen Symptomen nachverfolgen. Von 9199 Personen, die zwischen dem 13. März und dem 4. April für ein Screening der Bevölkerung rekrutiert wurden, waren 13,3 Prozent positiv. Von dieser infizierten Gruppe berichteten 43 Prozent zum Zeitpunkt des Tests über keine Symptome. »Diese Studie war die erste, die qualitativ hochwertige Belege dafür lieferte, dass Covid-19-Infektionen häufig asymptomatisch verlaufen«, sagt Jade Benjamin-Chung, Epidemiologin an der University of California, Berkeley, die anhand der isländischen Daten die Infektionsraten von Sars-CoV-2 in den Vereinigten Staaten schätzte. »Es war die einzige uns damals bekannte Studie, für die ein Team bevölkerungsbezogene Tests in einer großen Stichprobe durchgeführt hat.«
Eine kleinere Bevölkerungsstudie in einer italienischen Stadt kam Monate später zu ähnlichen Ergebnissen über asymptomatische Infektionen. Als in der norditalienischen Stadt Vo', dem ersten Covid-19-Todesfall Italiens, ein 78-jähriger Mann starb, sperrte der Gouverneur der Region die Stadt ab und ordnete an, ihre 3300 Bürger zu testen. Nach der ersten staatlichen Testrunde setzte Andrea Crisanti, Leiter der Mikrobiologie an der Universität von Padua in Italien, eine zweite Testrunde durch.
Auf der Grundlage der Ergebnisse stellten die Forscher fest, dass die Abriegelung und Isolierung die Übertragung des Virus um 98 Prozent verringerte und – in Übereinstimmung mit den Ergebnissen Islands – dass 43 Prozent der Infektionen in beiden Testrunden asymptomatisch waren.
Einzelne Virenstämme lassen sich dank genetischer Fingerabdrücke verfolgen
Zusätzlich kamen die Forscher in Island zu dem Schluss, dass Kinder unter zehn Jahren mit etwa halb so hoher Wahrscheinlichkeit positiv getestet wurden wie Personen ab zehn Jahren. Ein Ergebnis, das Crisantis Studie zu Vo' sowie Studien im Vereinigten Königreich und in den Vereinigten Staaten bestätigten. Zudem analysierte das deCODE-Team das virale genetische Material jedes positiven Falls und verwendete diesen Fingerabdruck, um zu verfolgen, woher jeder einzelne Virusstamm stammte und wie er sich verbreitete. Die Forscher fanden heraus, dass die meisten der anfänglichen Fälle aus beliebten Skidestinationen importiert wurden, während die spätere Übertragung hauptsächlich lokal innerhalb von Familien stattfand.
Dieser Ansatz der genetischen Nachverfolgung, der als molekulare Epidemiologie bezeichnet wird, haben auch Teams in Neuseeland mit gutem Erfolg angewandt. Im März führte die neuseeländische Regierung eine strenge landesweite Sperre ein, um das Virus zu eliminieren. »Im Wesentlichen blieb die neuseeländische Bevölkerung mehr oder weniger sieben Wochen lang zu Hause. Danach sind wir zu einem virusfreien Land geworden«, sagt Michael Baker, ein Forscher im Bereich der öffentlichen Gesundheit an der University of Otago in Wellington. Das ist eine Leistung für ein Land mit fünf Millionen Einwohnern, mehr als 13-mal größer als Island.
Die genetische Analyse der ersten Welle in Neuseeland von März bis Mai hat gezeit, dass die strenge Abriegelung sofort funktionierte. Die Zahl der Menschen, die von jeder Person mit dem Virus infiziert werden, sank im größten Cluster in der ersten Woche von 7 auf 0,2. Außerdem zeigten die Sequenzdaten, dass ein Ausbruch im August in Auckland, dessen Quelle unbekannt ist, von einer einzigen Linie ausging. Beruhigend. »Die Genomik hat eine entscheidende Rolle bei der Verfolgung des Wiederauftretens von Covid-19 in Neuseeland gespielt«, sagt Jemma Geoghegan, Mikrobiologin in Otago, die das Projekt zusammen mit Joep de Ligt am Institut für Umweltwissenschaften und -forschung in Porirua leitete.
Die aktuelle, drängende Frage: Wie lange hält die Immunität an?
In diesem Sommer untersuchte Palssons Team an Islands Universitätsklinik anhand der klinischen Daten das gesamte Spektrum der durch Sars-CoV-2 verursachten Krankheiten. Die häufigsten Symptome unter den 1797 Personen, die zwischen dem 31. Januar und dem 30. April positiv getestet wurden, waren Muskelschmerzen, Kopfschmerzen und ein unproduktiver Husten – nicht Fieber, ein Symptom, das sowohl in den Falldefinitionen der US-Krankheitskontrollzentren als auch in den Falldefinitionen der Weltgesundheitsorganisation für Covid-19 aufgeführt ist. Wenn diese Definitionen als Orientierung dienen, werden wahrscheinlich einige symptomatische Personen übersehen, sagt Palsson. »Hoffentlich kommen andere zu einer ähnlichen Schlussfolgerung, und das wird zu Änderungen der Kriterien führen«, sagt er.
Die Ergebnisse von Palssons Team führten zu einer direkten medizinischen Intervention in Island: Personen, die Anzeichen einer Erkältung oder von Schmerzen aufweisen, werden nun ermutigt, sich testen zu lassen. Auch teilt das Krankenhaus neue Patienten je nach ihren Symptomen in eine von drei Stufen ein, die den Grad ihrer Betreuung bestimmen.
Die jüngste Studie aus Island konzentrierte sich auf eine wichtige Frage im Zusammenhang mit Covid-19: Wie lange hält die Immunität gegen Sars-CoV-2 an? Das deCODE-Team fand heraus, dass Sars-CoV-2-Antikörper im Blut von 91 Prozent der Infizierten nach der Diagnose noch vier Monate lang hoch waren, was im Gegensatz zu früheren Ergebnissen steht, die darauf hindeuteten, dass die Antikörper nach der Infektion rasch abnehmen. Es ist möglich, dass die widersprüchlichen Resultate zwei Wellen von Antikörpern darstellen. Galit Alter von der Harvard Medical School in Boston, Massachusetts, und Robert Seder vom Vaccine Research Center der US National Institutes of Health in Bethesda, Maryland, schlagen in einem Leitartikel zu dieser Studie vor, dass eine erste Welle von kurzlebigen Plasmazellen als Reaktion auf eine akute Infektion in Gang gesetzt wird, während eine zweite Welle, die von langlebigen Zellen erzeugt wird, eine dauerhafte Immunität verleiht.
Und schließlich gelang es Stefánsson, die schwer fassbare Statistik zu ermitteln, die ihn zunächst faszinierte: der Anteil der Infizierten, die an der Krankheit sterben, die Todesrate (IFR). Seit Beginn der Pandemie schwanken die IFR-Schätzungen zwischen weniger als 0,1 Prozent und 25 Prozent, je nach Umfang der Studie und dem Alter der Bevölkerung. Eine wachsende Zahl von Studien nähert sich etwa 0,5 bis 1 Prozent an. In Island, wo das Medianalter bei 37 Jahren liegt – im Vergleich zu anderen wohlhabenden Nationen relativ jung – und die Patienten Zugang zu einer guten Gesundheitsversorgung haben, fand Stefánssons Team einen Wert von 0,3 Prozent.
Kurz unkonzentriert, schon schlägt das Virus zu
Am 15. Juni öffnete Island seine Grenzen für Besucher aus 31 europäischen Nationen. Einen Monat später, am 16. Juli, erlaubte das Land Besucher aus zwölf weiteren Ländern, darunter Kanada, Neuseeland und Südkorea. Dann, am 10. August, bekam ein Touristenpaar am Flughafen von Reykjavik ein positives Sars-CoV-2-Testergebnis, ignorierte die Vorschriften und ging in die Stadt. Die Folge: eine kleine Häufung von Fällen, die sich im August auf zwei Kneipen und ein Fitnesszentrum konzentrierten, die von den Touristen besucht wurden. Doch Mitte September stieg die Zahl der Infektionen schlagartig an, von 1 auf 55 in einer Woche. »Dieser eine Klon des Virus konnte sich ausbreiten und überall Infektionen verursachen. Plötzlich sahen wir einen Anstieg«, sagt Guðnason. Vor allem in Reykjavik. »Das ist ein Beweis dafür, wie schwierig es ist, das Virus einzudämmen.«
Im Oktober war das Coronavirus weiter verbreitet als in der ersten Welle, mit einem Höchststand von 291 Infektionen pro Tag. Am 17. Oktober ging die Zahl der aktiven Infektionen schließlich zurück, was die Forscher auf weit verbreitete Test-, Rückverfolgungs- und Quarantäneverfahren sowie auf neue staatliche Einschränkungen und das Tragen von Masken zurückführen. »Hoffentlich können wir bald damit beginnen, unsere Beschränkungen zu lockern«, sagt Guðnason.
Trotz des Ausbruchs hält das Land seine Grenzen für Touristen aus einigen Ländern weiterhin offen. Die Einreisebestimmungen sind allerdings jetzt strenger. Reisende müssen entweder 14 Tage nach der Ankunft in Selbstquarantäne oder an zwei Screening-Tests teilnehmen: einen bei der Ankunft, gefolgt von fünf Tagen Quarantäne und einem zweiten Test.
Diese Methode hat zu der Erkenntnis geführt, dass 20 Prozent der Personen, die in der ersten Runde negativ getestet wurden, in der zweiten Runde positiv getestet werden, bemerkt Guðnason. Das ist eine hohe Zahl, scheint aber mit anderen Analysen übereinzustimmen. Es ist wahrscheinlich, dass durch die neue Anforderung viele Virenstämme aufgefangen wurden, die sonst ins Land gelangt wären.
Im Gegensatz zu Neuseeland, das seine Grenzen schloss, wurde die Eliminierung in Island nie unterstützt, da man befürchtete, dass das Land ohne Tourismus in Konkurs gehen würde. Es ist also möglich, dass weiterhin neue Fälle auftreten werden, sagt Guðnason. Darüber hinaus sind er und andere der Meinung, dass der derzeitige Ausbruch zu einem großen Teil auf die Ermüdung durch die Pandemie zurückzuführen sein könnte, da die Menschen nach Monaten der Vorsicht die Gesundheitsvorkehrungen missachten. »Wir werden uns mit dem Virus beschäftigen und versuchen, es so weit wie möglich zu unterdrücken, bis wir den Impfstoff bekommen«, sagt er.
Und die Forschung geht in jeder freien Stunde weiter. Palssons Team plant, die Auswirkungen der Viruslast auf die Ergebnisse der Patienten und die Virusübertragung zu analysieren und anhand von Kontaktdaten die Risikofaktoren für ein sich stark ausbreitendes Ereignis herauszuarbeiten. »Wir hatten Haushalte, in denen sich fast jeder infiziert hat, und Orte, an denen Menschen infiziert sind, am Arbeitsplatz bleiben und niemand angesteckt wird«, sagt Palsson. »Das ist sehr schwer zu verstehen.«
Bei deCODE untersuchen Stefánsson und seine Kollegen die zelluläre Immunantwort und ob Menschen mit Covid-19, die sehr krank sind, Antikörper produzieren, die gegen ihr eigenes Gewebe gerichtet sind. Und gemeinsam arbeiten die Teams von deCODE und den Universitätskliniken an den Langzeitwirkungen von Covid und daran, wie die Genetik die Anfälligkeit und die Reaktionen auf die Krankheit beeinflusst.
»Wir setzen uns seit Langem dafür ein, alles, was wir über Krankheiten lernen, zu nehmen und zu veröffentlichen«, sagt Stefánsson. »Diese Chance hätten wie uns nie entgehen lassen.«
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